论文部分内容阅读
摘要：面对日益严格的轻型车燃油经济性法规要求，本文研究了行业目前主流节能技术特点，最后从成本、可执行性角度，对达到五阶段油耗标准提出了自己的观点和相应的对策。
关键词：轻型车;油耗;法规;节能
0 引言
2005年至今中国已经建立并实施了四个阶段的乘用车燃油消耗量法规，五阶段油耗法规已形成征求意见稿，并征求意见。同时，2025年之前，轻型汽车中的汽柴油车、混合动力汽车、替代燃料汽车采用WLTC工况，2025年之后，所有车型都将采用中国工况标准进行测试。国家层面下定决心，以法规加严倒逼企业技术升级，使我国汽车生产企业面临着降低油耗的巨大压力。
1 我国油耗法规分析
1.1 我国前四阶段油耗法规概述
我国油耗法规已经历4个阶段，2019年1月，五阶段油耗法规已形成征求意见稿，并征求意见，五阶段的油耗指标压力更为严峻。其中在第一、二阶段中规定了燃料消耗量限值，自第三阶段开始，引入了乘用车企业平均燃油消耗量（CAFC）概念，以整车整备质量作为基准规定了乘用车CAFC目标值，并采用CAFC实际值与目标值的比值作为评价指标，在CAFC达标前提下，企业可内部根据自身特点及市场需要，灵活调整产品线[1]。第四阶段仍延续第三阶段车型燃料消耗量限值和企业CAFC达标双重管理方案，并且进一步加严了汽车单车限值和目标值要求。对整车整备质量较大的车型，尤其是1.88吨以上的乘用车，加严比例更高。
1.2 第五阶段油耗法规（征求意见稿）分析
1.2.1 适用范围与测试工况调整
醇醚类燃料主要由煤气化合成，对我国能源结构的优化将起到积极正面的推动作用，因此五阶段油耗法规首次将醇醚类燃料纳入考量范围，同时明确至2025年乘用车油耗与排放标准协同，采用WLTC工况，降低企业负担。（表1）
燃料消耗量型式认证申请报告/型式认证报告里， CO2排放量和燃料消耗量仅申报综合工况并提交综合工况型式试验结果。
1.2.2 限值与目标值评价体系调整
评价体系仍以整备质量为基准并由阶梯式改为直线式。核心思路：五阶段油耗管控核心在于目标值，整体抓大放小。油耗设定充分考虑工况切换与新能源汽车销量的影响，总体目标不变。
1.2.3 企业平均燃料消耗量与车型优惠倍数调整
企业平均燃料消耗量目标值加严，车型优惠倍数下调同时对低油耗车型实时鼓励，各年度目标值过渡设定更为合理。考虑到车型开发周期，五阶段前期相对宽松;而后期将快速向目标值靠拢，减少车型优惠倍数确保新能源车销量达标。
2 轻型汽车节能技术
2.1 缸内直喷技术
汽油缸内直喷（Gasoline Direct Injection，简称GDI）目前已是行业主流的节能技术，是指将喷油器安装于发动机气缸内部，通过控制器精准控制喷入的燃油量，同时加以较高的喷射压力，使燃料能够得到更好的雾化，并与进气进行充分混合[2]。
2.2 涡轮增压技术
涡轮增压技术通过增加发动机进气量提高燃油经济性，主要依靠汽车尾气排出的剩余能量带动排气管道中的涡轮工作，继而带动进气道中的同轴涡轮转动，最终使进入发动机参与燃烧的空气部分压力增加。我国乘用车行业涡轮增压技术发展较快，已逐渐成为汽油乘用车最常用的节能技术之一。
2.3 双喷射技术
双喷射技术分为“缸内直喷+气道喷射”与气道双喷射技术两大类型。
关于“缸内直喷+气道喷射”的技术方案，将两者的优势结合起来，不同工况采用不同喷油策略，从而使发动机各方面性能都得到提升。尤其在发动机中小负荷时，能够提高油气混合质量，降低PM，提升燃烧效率。在大负荷工况，则采用纯缸内直喷工作模式，节约燃油，提升动力。
气道双喷射技术即一个气缸配备了两个喷油器，能够实现更广的喷射覆盖面积以及更高的燃油雾化率，可以有效减少燃油湿壁，使喷射的燃油更充分地燃烧，从而改善燃油经济性，降低油耗和排放[3]。
2.4 三缸发动机技术
所谓三缸发动机是指排量集中在1.0-1.5L，只有三个气缸的发动机，随着我国正式实施第四階段油耗法规标准，小排量涡轮增压发动机无论在技术层面还是产品层面，都已气候渐成。
2.5 闭缸技术
早期闭缸技术主要搭载在V6/V8以及更大排量发动机上，在不影响动力性的前提下，暂时停缸，可有效降低燃油消耗，例如凯迪拉克较早采用AFM技术，可以由8缸切换到6缸再到4缸的工作模式[4]。
如今，随着油耗及排放相关法规政策日益严格，闭缸技术已逐渐在小排量发动机中进行应用。例如大众在2013年推出的POLOBlueGT上搭载的1.4T四缸EA211发动机，2019款奔驰A级1.3T发动机，以及本田1.5T，福特的1.0T三缸发动机都会使用此技术。
2.6 48V轻混系统
由于日本企业在重混系统存在的技术壁垒，48V混合动力系统由于低门槛、低成本、高效率的优势，近些年逐渐引起众多自主车企大力开展相关研究。48V轻混系统在保留了原12V电气系统基础上，增加一套48V的轻混系统，蓄电池容量、电机性能得到大幅提升，因此可以带动更大功率的车载系统，在起步、刹车等工况下对车辆进行优化和能量回收[5]。
3 五阶段油耗应对策略
随着我国燃料消耗量目标值逐年加严，传统的节能技术往往效果有限，为此国内车企需充分考虑多种技术潜力，提前开展技术路线的布局和研究工作，研发发动机先进电控技术，搭载MHEV/HEV等系统。同时不可否认的是，若想实现4L/100km目标，新能源汽车必不可缺。通过本文分析梳理及实际调研，在WLTC工况下实现乘用车平均燃料消耗量4.0L/100km的目标初步形成表2所示应对方案。
4 结语
面向2021-2025年的我国五阶段油耗即将实施，对行业当前技术线路存在较大挑战，从油耗法规角度来看，政府节能减排、推进新能源车的决心毋容置疑。除大力发展新能源汽车外，汽车生产企业应在产品规划、设计，研发、测试，量产的过程中，同样积极重视节能技术应用，以改善环境、节约资源，加快汽车产业转型升级、培育国际竞争优势。
参考文献：
[1]韩建军.乘用车第四阶段油耗法规及对策[J].汽车工程师，2016（08）：14-17.
[2]韦邦暄，张世宇.浅谈汽车发动机的节能减排技术[J].时代汽车，2020（05）：107-108.
[3]胡玉兰.新形势下探究汽车运行油耗的影响因素与汽车节能技术[J].山东工业技术，2016（24）：78.
[4]曹一哲，陈川，邹玉红.2021～2023年低油耗乘用车技术路径判定[J].汽车实用技术，2019（20）：213-216.
[5]任焕焕，赵冬昶，葛鹏.中国乘用车节能发展现状[J].汽车与配件，2015（19）：63-65.
关键词：轻型车;油耗;法规;节能
0 引言
2005年至今中国已经建立并实施了四个阶段的乘用车燃油消耗量法规，五阶段油耗法规已形成征求意见稿，并征求意见。同时，2025年之前，轻型汽车中的汽柴油车、混合动力汽车、替代燃料汽车采用WLTC工况，2025年之后，所有车型都将采用中国工况标准进行测试。国家层面下定决心，以法规加严倒逼企业技术升级，使我国汽车生产企业面临着降低油耗的巨大压力。
1 我国油耗法规分析
1.1 我国前四阶段油耗法规概述
我国油耗法规已经历4个阶段，2019年1月，五阶段油耗法规已形成征求意见稿，并征求意见，五阶段的油耗指标压力更为严峻。其中在第一、二阶段中规定了燃料消耗量限值，自第三阶段开始，引入了乘用车企业平均燃油消耗量（CAFC）概念，以整车整备质量作为基准规定了乘用车CAFC目标值，并采用CAFC实际值与目标值的比值作为评价指标，在CAFC达标前提下，企业可内部根据自身特点及市场需要，灵活调整产品线[1]。第四阶段仍延续第三阶段车型燃料消耗量限值和企业CAFC达标双重管理方案，并且进一步加严了汽车单车限值和目标值要求。对整车整备质量较大的车型，尤其是1.88吨以上的乘用车，加严比例更高。
1.2 第五阶段油耗法规（征求意见稿）分析
1.2.1 适用范围与测试工况调整
醇醚类燃料主要由煤气化合成，对我国能源结构的优化将起到积极正面的推动作用，因此五阶段油耗法规首次将醇醚类燃料纳入考量范围，同时明确至2025年乘用车油耗与排放标准协同，采用WLTC工况，降低企业负担。（表1）
燃料消耗量型式认证申请报告/型式认证报告里， CO2排放量和燃料消耗量仅申报综合工况并提交综合工况型式试验结果。
1.2.2 限值与目标值评价体系调整
评价体系仍以整备质量为基准并由阶梯式改为直线式。核心思路：五阶段油耗管控核心在于目标值，整体抓大放小。油耗设定充分考虑工况切换与新能源汽车销量的影响，总体目标不变。
1.2.3 企业平均燃料消耗量与车型优惠倍数调整
企业平均燃料消耗量目标值加严，车型优惠倍数下调同时对低油耗车型实时鼓励，各年度目标值过渡设定更为合理。考虑到车型开发周期，五阶段前期相对宽松;而后期将快速向目标值靠拢，减少车型优惠倍数确保新能源车销量达标。
2 轻型汽车节能技术
2.1 缸内直喷技术
汽油缸内直喷（Gasoline Direct Injection，简称GDI）目前已是行业主流的节能技术，是指将喷油器安装于发动机气缸内部，通过控制器精准控制喷入的燃油量，同时加以较高的喷射压力，使燃料能够得到更好的雾化，并与进气进行充分混合[2]。
2.2 涡轮增压技术
涡轮增压技术通过增加发动机进气量提高燃油经济性，主要依靠汽车尾气排出的剩余能量带动排气管道中的涡轮工作，继而带动进气道中的同轴涡轮转动，最终使进入发动机参与燃烧的空气部分压力增加。我国乘用车行业涡轮增压技术发展较快，已逐渐成为汽油乘用车最常用的节能技术之一。
2.3 双喷射技术
双喷射技术分为“缸内直喷+气道喷射”与气道双喷射技术两大类型。
关于“缸内直喷+气道喷射”的技术方案，将两者的优势结合起来，不同工况采用不同喷油策略，从而使发动机各方面性能都得到提升。尤其在发动机中小负荷时，能够提高油气混合质量，降低PM，提升燃烧效率。在大负荷工况，则采用纯缸内直喷工作模式，节约燃油，提升动力。
气道双喷射技术即一个气缸配备了两个喷油器，能够实现更广的喷射覆盖面积以及更高的燃油雾化率，可以有效减少燃油湿壁，使喷射的燃油更充分地燃烧，从而改善燃油经济性，降低油耗和排放[3]。
2.4 三缸发动机技术
所谓三缸发动机是指排量集中在1.0-1.5L，只有三个气缸的发动机，随着我国正式实施第四階段油耗法规标准，小排量涡轮增压发动机无论在技术层面还是产品层面，都已气候渐成。
2.5 闭缸技术
早期闭缸技术主要搭载在V6/V8以及更大排量发动机上，在不影响动力性的前提下，暂时停缸，可有效降低燃油消耗，例如凯迪拉克较早采用AFM技术，可以由8缸切换到6缸再到4缸的工作模式[4]。
如今，随着油耗及排放相关法规政策日益严格，闭缸技术已逐渐在小排量发动机中进行应用。例如大众在2013年推出的POLOBlueGT上搭载的1.4T四缸EA211发动机，2019款奔驰A级1.3T发动机，以及本田1.5T，福特的1.0T三缸发动机都会使用此技术。
2.6 48V轻混系统
由于日本企业在重混系统存在的技术壁垒，48V混合动力系统由于低门槛、低成本、高效率的优势，近些年逐渐引起众多自主车企大力开展相关研究。48V轻混系统在保留了原12V电气系统基础上，增加一套48V的轻混系统，蓄电池容量、电机性能得到大幅提升，因此可以带动更大功率的车载系统，在起步、刹车等工况下对车辆进行优化和能量回收[5]。
3 五阶段油耗应对策略
随着我国燃料消耗量目标值逐年加严，传统的节能技术往往效果有限，为此国内车企需充分考虑多种技术潜力，提前开展技术路线的布局和研究工作，研发发动机先进电控技术，搭载MHEV/HEV等系统。同时不可否认的是，若想实现4L/100km目标，新能源汽车必不可缺。通过本文分析梳理及实际调研，在WLTC工况下实现乘用车平均燃料消耗量4.0L/100km的目标初步形成表2所示应对方案。
4 结语
面向2021-2025年的我国五阶段油耗即将实施，对行业当前技术线路存在较大挑战，从油耗法规角度来看，政府节能减排、推进新能源车的决心毋容置疑。除大力发展新能源汽车外，汽车生产企业应在产品规划、设计，研发、测试，量产的过程中，同样积极重视节能技术应用，以改善环境、节约资源，加快汽车产业转型升级、培育国际竞争优势。
参考文献：
[1]韩建军.乘用车第四阶段油耗法规及对策[J].汽车工程师，2016（08）：14-17.
[2]韦邦暄，张世宇.浅谈汽车发动机的节能减排技术[J].时代汽车，2020（05）：107-108.
[3]胡玉兰.新形势下探究汽车运行油耗的影响因素与汽车节能技术[J].山东工业技术，2016（24）：78.
[4]曹一哲，陈川，邹玉红.2021～2023年低油耗乘用车技术路径判定[J].汽车实用技术，2019（20）：213-216.
[5]任焕焕，赵冬昶，葛鹏.中国乘用车节能发展现状[J].汽车与配件，2015（19）：63-65.